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RAH-66“科曼奇”之死(上)——美国陆军LHX项目30周年回顾
送交者: 千年龟[★太史令★] 于 2015-05-16 7:38 已读 180 次  

千年龟的个人频道

回答: 一觉醒来,五月中旬,周末了 由 千年龟 于 2015-05-16 7:19

20世纪80年代初是美国陆军装备大换血的时代,两种新型中型直升机已经进入批量生产,分别是西科斯基公司的的UH-60“黑鹰”通用直升机和休斯(后来被麦道并购)的AH-64“阿帕奇”武装直升机。

而陆军的轻型直升机——越战时代的休斯OH-6和贝尔OH-58也同样需要更新换代。军方希望能沿用贝尔UH-1“休伊”和AH-1“眼镜蛇” 的通用概念,研制共用动力系统(包括旋翼、发动机、传动和控制系统)的轻型通用直升机和武装直升机,于是启动了LHX研究项目,“LHX”是实验性轻型直 升机之意。

陆军在80年代余下的时间里进行了LHX概念设计研究,其中包括常规构型和高速构型、单座和双座座舱布局、以及各种任务设备包。

研制背景

根据越战经验,军方对LHX的机动性要求很高,因为这能大大提高直升机的生存能力。同时还要求直升机具备低可探测性,这两个要求都将对日后的LHX具体设计产生重大影响。

自20世纪70年代早期“黑鹰”和“阿帕奇”开始研制以来,直升机技术已经有了长足进步。随着项目的进行,一些关键新技术的出现使LHX的苛刻 性能要求有了实现可能。其中最重要的是雷达和红外隐身技术,其次是复合材料和先进金属材料结构技术,当然声学隐身技术也是很重要的一环。同时航电技术也在 飞速发展,如先进火控系统、高性能计算机、先进数字飞控系统等。

陆军特别强调LHX的可维护性和全寿命周期成本,军方认为之前项目在早期设计阶段并没有对这两个方面足够重视。一般来说,越是在概念设计阶段重视可维护性和全寿命周期成本设计,就越能在后期收获大笔收益。

美国陆军计划生产约6000架LHX,所以任何一家制造商都无力独吞整个项目,于是军方让美国四大直升机制造商(贝尔、波音,麦道和西科斯基) 组成两个团队来竞争。1985年西科斯基和波音首先联合组队,叫做“波音西科斯基第一团队”,贝尔和麦道随后也组队成“超级团队”。

波音西科斯基第一团队的早期LHX设计,采用了V尾

贝尔和麦道“超级团队”的LHX设计,这是其中的运输型

这是其中的侦察/武装直升机

陆军在LHX的研制规格中要求空重上限3400千克,平均制造成本上限750万美元。他们还得出没有必要追求高速度的结论,采用传统直升机设计就足够了,于是停止了高速概念研究。

这是麦道的高速型概念

这是贝尔的高速型概念,采用了看家的倾转旋翼

陆军接下来反思了同时研制通用和侦察/武装直升机的目标,认为过于雄心勃勃,于是放弃了通用直升机部分。

在波音和西科斯基的协议中,西科斯基主导机身设计、飞行器集成、仿真分析和直升机总装,波音主导设计任务设备包(MEP)和综合后勤保障系统 (ILS)。每家公司也会在另一家公司的主导任务中打下手,例如波音被分配了飞控系统、主旋翼桨叶和机尾的设计任务,西科斯基则要设计任务设备包中的头盔 瞄准和跟踪系统。

波音西科斯基第一团队还吸纳了一些业界领先的公司来帮助研制这种具有复杂任务系统的直升机,这些公司包括:

波音分析与实验中心(飞行控制计算机、电源、“长弓”制导导弹)
CAE Link(综合训练系统)
通用电气(双管加特林机炮炮塔)
汉密尔顿标准(飞控、宽视场头盔显示器)
哈里斯凯撒电子(数字地图、控制和显示系统、高速数据总线、传感器数据分发网络、宽视场头盔显示器、头盔跟踪)
马丁•玛丽埃塔(目标捕获系统(TAS)、夜视导航系统(NVPS)、“长弓”雷达)
TRW(综合通信导航和敌我识别航电(ICNIA)、机上救生设备(ASE)、处理器)
威斯汀豪斯(自动定位检测和分类系统(ATD/C)、机上救生设备)。

随着项目的进行,上述分包公司的名单也有一些变化。

1988年10月,美国陆军授予波音西科斯基第一团队和麦道贝尔超级团队各一份演示/验证项目第一阶段合同,两个团队在此阶段需要向陆军提交各 自的LHX设计,并演示设计的关键技术。1990年秋两个团队提交了方案书,详述了各自的设计和直升机的研制、生产计划。1991年2月项目进入第二阶 段,两个团队提交了各自的最终方案,获胜者将能够在1994年开始试飞LHX原型机。

波音西科斯基第一团队在1990年5月打的广告,已经有了RAH-66的基本外形和布局

1991年4月9日美国陆军宣布波音西科斯基第一团队获胜,负责LHX的研制生产工作。但此时LHX的产数量已被削减到1300架,项目总成本估计要超过300亿美元。陆军与波音、西科斯基签订了全面研制合同,预计1998年向陆军交付第一架生产型LHX。

1991年时的项目进度规划

但随着项目的进行,由于陆军减少年度研制资金以及不断增加额外要求,LHX的首飞时间被一再推迟。此时,陆军把LHX的项目名称改为LH,意为轻型直升机,去掉了代表实验的X。

1995年5月25日第一架LH原型机终于下线,陆军宣布该机的编号RAH-66,绰号依据陆军直升机以印第安部落命名的传统定为“科曼奇”。原型机直到1996年1月4日才进行了首飞。

1996年1月4日,RAH-66原型机进行了首飞

尽管该机在设计上遭遇了很多的非常规挑战,但原型机的试飞还是很成功,这要归功于首飞前进行了广泛而详细的发展计划。试飞没有发生重大事故,直 升机性能达到或超过了所有既定指标,最大飞行速度超过200节(370千米/时),直升机还显示出惊人的侧向和向后飞行能力,可以轻易达到60节(111 千米/时)的侧飞和80节(148千米/时)的后飞速度,同时还能保持充分的可控性。到1997年3月该阶段试飞结束时,原型机达到了3000米的最大高 度、1.7g过载和120节(222千米/时)的自转飞行,所有这些都是在自动飞行控制系统(AFCS)模式下实现的。

RAH-66原型机与“阿帕奇”编队飞行,这也是日后要与该机作战搭配的机种

试飞发现的唯一重大技术问题就是尾部结构,原始设计的方向稳定性较弱,被判定为不合格。2000年12月,原型机完成修改后继续试飞,这次改装 内容包括修改尾部、安装长弓雷达模型(刚增加的新要求)、新主旋翼吊架、新旋翼头整流罩和平尾端板。试飞证明上述修改是成功的。

经过修改气动外形后,“科曼奇”1号原型机继续试飞。注意新旋翼头整流罩和平尾端板

安装了“长弓”雷达模型后的样子

设计特点

“科曼奇”设计的基本理念是“发现敌人而不被发现”。低可观测性使“科曼奇”难以被发现,而在瞄准和目标获取系统上采用的最新技术扩展了交战距离、增加了交战时的速度,甚至把获取的数据分发给战场上的其他平台。“科曼奇”将是第一种能做到发现敌人而不被发现的直升机。

“发现敌人而不被发现”是“科曼奇”的基本设计理念

“科曼奇”的雷达和红外特征都远低于陆军规定值,尽管具体数据至今仍在保密,但根据官方透露,与现有直升机相比,“科曼奇”的雷达反射面积缩小 了100倍、红外特征降低了15倍、噪音降低了6倍、视觉特征缩小了10%。“科曼奇”通过机身外形和雷达吸波材料来减小雷达反射面积,弹药和起落架都能 收入机身,无需装备电子干扰机。“科曼奇”通过采用独特的发动机排气系统来降低红外辐射,使用一个管道把高温废气输送到尾梁,在那里与低温环境空气混合排 出,无需装备红外干扰机。

越战时期,北越游击队在很远处就能察觉到直升机出现了,仅仅是因为直升机的独特噪音。“科曼奇”通过采用5叶变速薄叶片旋翼和低桨尖速度来降低噪音,涵道风扇反扭矩系统也经过专门设计以消除了现有涵道风扇的啸叫声,而且整个系统采用了能降低噪音的几何外形。

为了减少视觉特征,“科曼奇”的尺寸紧凑,在减少座舱玻璃反光方面也花了很多功夫,五片旋翼桨叶也降低了旋翼闪烁效果。

“科曼奇”的瞄准和目标获取系统的作用距离比现有系统增加了40%。第二代前视红外可探测温差比现有系统更小,当然具体数值仍是保密的。正副飞 行员都配备带图像增强功能的头盔显示器,视场比现有系统大31%。国防测绘局(DMA)为“科曼奇”提供了一种储存在光盘上的数字地形图。

RAH-66的其他设计特点还有:

前后座飞行员都能单独驾驶RAH-66。
为对应核生化学威胁,“科曼奇”采用了增压座舱和航电舱。独特的免维护变压吸附器无需更换滤器。光滑的复合材料机身不会被去污清洁剂腐蚀。
“科曼奇”的电磁脉冲耐受能力是现有飞机的20倍。
弹道耐受性预计会比现有直升机好50倍。电子设备具有多级冗余和自我修复功能,机身和旋翼结构都是弹道包容设计,可以外场维修。
高水平耐坠性起落架、机身结构、乘员座椅和燃料系统。
“科曼奇”执行基本武装侦察任务时在弹舱内置4枚“地狱火”和2枚“毒刺”导弹,外加机鼻机炮的320发炮弹。执行空战任务是挂载2枚“地狱火”、4枚“毒刺”,以及500发炮弹。
“科曼奇”在机身两侧还可安装一对短翼,挂载额外的8枚“地狱火”或更多“毒刺”。
当然也可以在短翼上挂两个副油箱把“科曼奇”的自部署转场航程增加到2330千米。
“科曼奇”被设计成适于美国空军某些型号运输机空运,满足或超过装载和卸载总时间要求。
可维护性能在陆军减少操作和支持成本、提高直升机外场可用率方面具有高优先级,“科曼奇”独特的机身设计优化了舱门和维护口盖的布置,使维护工作更容易。与现有机队的三级维修相比,“科曼奇”只需两级维修,预计维护负担能减少40%。

“科曼奇”的典型武器挂载方案

短翼的挂载方案

每侧弹舱内部可容纳3枚“地狱火”导弹

团队还为“科曼奇”研究了各种保形短翼设计方案

机身

研究了许多概念设计后,波音-西科斯基团队选择了一种不寻常的机身设计。由于LHX需要低雷达反射面积。所以弹药只能内置,只在发射时才把武器 挂架伸出。同样LHX也需要可收放起落架来保持隐身和维持高速。此外,陆军强调的可维护性需要在机身表面开许多维护口盖来简化维护工作。传统半硬壳结构机 身在重量和灵活性方面非常低效,而且难以设计。于是团队最终以一个简单的箱形梁为内部主结构,外部蒙皮并不为主结构卸载。这样就能把舱门和维护口盖放置在 最佳位置,同时满足改善雷达信号特征和便于维护内部设备的要求。

在项目初期,这种机身结构被人调侃为“机身中的机身”,意思就是这种设计太重了。而实际上,该结构正是波音-西科斯基设计中最大亮点之一。箱形梁行得通的关键是大量采用以复合材料为主的先进材料,才能降低生产成本和飞机重量。

RAH-66的机身复合材料箱形梁主结构

组装中的RAH-66原型机

主旋翼系统

传统直升机在旋翼叶片上使用了挥舞铰、摆振铰和变距铰这三个金属轴承,需要油脂润滑,于是后来出现了润滑轴承来减少维护需求。20世纪60年代,无需润滑的弹性轴承取代了这些传统轴承,西科斯基在CH-53D上首次使用了弹性轴承,随后是“黑鹰”直升机。

技术进步导致了新一代主旋翼概念的出现,即无轴承主旋翼(BMR),使用一个简单的柔性梁取代传统的挥舞铰、摆振铰和变距铰。西科斯基公司在 “黑鹰”尾桨上首次应用柔性梁旋翼,把两片碳纤维柔性梁分别与两片桨叶连接,然后夹在一起组成四桨叶尾桨。而“科曼奇”在主旋翼也采用了柔性梁设计。

RAH-66的无轴承主旋翼

传统铰接旋翼有特定的铰外伸量,也就是挥舞铰外伸的距离占旋翼半径的百分比。铰外伸量会强烈影响旋翼的控制力和动态特性,一般在0~5%之间。 无轴承旋翼也要有类似的等效外伸量参数,鉴于LHX的高机动性要求,所以需要设置一个非常高的等效外伸量,波音-西科斯基选择了10%来保证机动性。

“科曼奇”采用5片桨叶来降低单个桨叶承受的负荷和力矩,并改善旋翼声学特征,因此旋翼被称为“五叶柔性旋翼”。旋翼转速可变也有助于噪音控制,这是通过改变发动机转速来实现的。

旋翼直径11.89米,桨叶弦长38.1厘米,扭转-11.1˚,或是基于推力加权的-13.5˚。桨叶从内到外85%长度采用波音10%厚度 的VR-12翼型,85~90%处是西科斯基9%厚度的SSC-A09翼型,最外侧8%是梯形后掠桨尖。桨叶外侧选用SSC-A09翼型是因为该翼型具有 较高的最大升力系数和高阻力发散马赫数。

旋翼叶片外形

全复合材料主旋翼叶片采用经过验证的波音低风险生产技术设计,而且也被证明能耐受23毫米炮弹的射击。

尾桨系统

鉴于现役轻型直升机在高空飞行时,在许多情况下会出现尾桨控制无力的情况,所以陆军要求LHX具有非常高的偏航控制能力。陆军还规定LHX能在 23米/秒的侧风中进行180度转弯,这都要求团队设计出比现有直升机功率大幅增加的反扭矩/偏航控制系统。此外军队还要求反扭矩系统要“受到保护”以防 发生意外,如士兵被尾桨打中,所以常规的开放式尾桨设计是不可接受的。

波音-西科斯基公司的解决方案是直径1.37米的涵道风扇,也就是四周被包围起来的涵道风扇。那时的涵道风扇并没有什么优点,噪音还比开放式尾 桨大。设计师们通过简单分析发现,涵道风扇的噪声是过于靠近风扇的支撑杆共振导致的,支撑杆变成了啸叫的警报器。把风扇和支撑杆间距拉开后,噪音表现还是 相当理想的。西科斯基公司制造了一个涵道风扇安装在S-76直升机上进行试飞,证实了这个理论以及涵道风扇的其他优点。

把风扇和支撑杆间距拉开后,涵道风扇的噪音表现还是相当理想的

涵道风扇极高控制力使“科曼奇”创造了一个有趣的新机动。陆军要求LHX在中等速度下能快速调头对准目标,传统直升机需要侧转进入90度转弯- 改出侧转-对准目标之一过程,而试飞显示“科曼奇”X在时速130公里以内只需简单旋转90度成侧飞状态就把机头对准了目标。这个动作被命名为“霹雳转 弯”,并成为试飞员们的最爱。

RAH-66具有出色的侧飞能力,就这样横着飞就能保持机鼻指向目标

线传飞控系统

为了提高生存力并夺取空中优势,陆军提出LHX要在所有任务中都能保持高机动性。于是波音-西科斯基公司在飞控系统控制律编程和旋翼系统设计选择上下了大功夫。

“科曼奇”的数字线传飞控系统(FCS)是当时最先进的旋翼飞控系统,能大大提高操纵品质并降低飞行员工作量。此外,线传飞控系统的可靠性和重量都显著优于冗余式机械系统,三重冗余电子布线结构提供了更大的灵活性,并降低了遭设计后的损伤概率。

“科曼奇”的飞控系统提供两个增强模式:保持姿态的速度响应(RCAH),为目视条件飞行提供非常灵敏的机动能力;以及保持速度的姿态响应,更 适用于在夜间或低能见度情况下飞行。该系统整合了多项自动化功能,包括先进飞行引导和完全耦合自动驾驶,可实现自动悬停、跃升俯冲、并返回隐蔽。在项目后 期还增加了以下功能:包线提示、综合火力和飞行控制。导航也是飞控系统不可或缺的一项功能,团队三套惯性/全球定位系统为基础开发了导航解决方案。

发动机

美国政府开展了一个竞争项目为LHX平行发展先进技术发动机。霍尼韦尔和罗罗公司的LHTEC团队赢得了合同,为LHX提供T-800发动机。 该发动机的最大应急功率为1399马力级,仅重143千克,规定的耗油率指标低至0.21千克/小时/轴马力。发动机具有全权限数字发动机控制系统 (FADEC),与“科曼奇”飞控的控制系统相兼容。发动机只需一个简单的外场手动工具包就能维护。

LHTEC T800-LHT-801发动机

实际上“科曼奇”是三发直升机,除了驱动旋翼系统的两台LHTEC T-800外,还有一台威廉斯国际公司的WTS124二级动力单元(SPU),用于提供辅助动力来启动主发动机,在飞行中提供环境控制系统所需的引气,并驱动一个发电机和一个液压泵。

红外抑制系统

“科曼奇”采用独特的发动机排气系统来减少红外信号特征,用管道把高温废气导向尾梁,与低温环境空气混合后再排出。该系统的红外信号只有陆军规定水平的一半,所以“科曼奇”无需装备红外干扰设备。

独特的发动机排气系统

生化防护和变压吸附器

“科曼奇”在生化防护方面在座舱和航电舱采用了微加压技术,使这些舱室的压力总是稍大于环境气压,即使出现泄漏,也不会让外界空气进入。即使被炮弹击穿舱室后,该系统也能正常工作。

为了过滤掉有害的化学物质,“科曼奇”采用了新型的变压吸附器(PSA)。变压吸附的原理是在高压下气体倾向于被吸引到固体表面,被称为吸附, 当压力减小时气体就被释放出来,被称为脱附。这是在航空器环境控制系统中首次采用变压吸附器。“科曼奇”的变压吸附器内有两个充满多孔物质的腔室,每个腔 室内还有用于过滤有害化学物质的分子筛。加压空气从其中一个腔室通过时,有害气体会吸附,剩余的干净空气一部分输送给座舱和航电舱,一部分以较低压力通过 第二个腔室,使之前吸附的有害气体脱附排出机外,并而达到清洁腔室、使之成为可用吸附器的目的。整个变压吸附过程持续循环往复,以供应稳定的洁净空气。

传动系统

“科曼奇”的传动系统也使用了重大技术进步成果。设计直升机传动系统最终减速级总会面临巨大挑战,轻型直升机也不例外。由于“科曼奇”的旋翼转 速相对较低(每分钟200至400转),所以最终级要承受非常高的扭矩,只使用一个简单的正齿轮或伞齿轮是不可能的,因为齿轮在啮合时会负荷过度。传统解 决方案是行星齿轮,如五行星齿轮减速器,通过五个独立齿轮向旋翼传递高扭矩。而“科曼奇”采用了更简单的“拆分扭矩”概念设计,每台发动机都单独驱动最终 级,最后用四个齿轮啮合最终环形齿轮传递旋翼的高扭矩,所以无需使用复杂的行星减速齿轮。这使齿轮数量减少了50%,轴承数量减少了40%,重量降低了 12%。

RAH-66的“拆分扭矩”最终减速级

随着设计的推进,拆分扭矩概念的另一个好处很快就显现出来。由于传动系统中间轴是垂直的,转速也很适合驱动液压泵和发电机,于是设计师直接安装上了这些附件,取消了减速器。而且液压泵和发电机都安装在了十分方便维护的位置。

电气系统

LHX使用一套270VDC的电气系统,包含3个主30千瓦发电机,其中两个由主减速器驱动,一个由SPU驱动。此外还有两个液压驱动的液压永磁发电机(HPMG)向飞行控制计算机供电。

液压系统

LHX使用3000psi的液压系统,具有三个独立子系统。其中两个用于飞行控制,包括驱动向飞行控制计算机供电的液压永磁发电机。第三个子系 统是前两个的备份,还负责驱动各通用功能,如起落架和武器舱门的收放,也用于地面试车。两个液压泵由主减速器驱动,另一个由SPU驱动。一个液压增压器用 来提供SPU紧急放下起落架所需的5000psi液压。

座舱

“科曼奇”的双座串列座舱前后相同,飞行员在前后座都能独立操纵直升机。右侧操纵杆负责俯仰、滚转和偏航控制,左侧是总距杆。飞行员可通过 30˚x60˚视场的夜视导航系统(NVPS)和双独立图像增强电视系统(IITV)系统进行夜间飞行。35˚x60˚视场的头盔显示器可向飞行员提供目 视舱外的所有飞行和作战数据。座椅带装甲并符合耐坠要求。

座舱布局

RAH-66的耐坠座椅设计

任务设备

“科曼奇”的任务设备包(MEP)包括:

夜视导航系统(NVPS)
目标捕获与指示系统(TADS)
每座舱一个头盔综合显示和瞄准系统(HIDSS)
综合通信、导航和识别航电套件(ICNIA)
每座舱4个下视液晶多功能显示器
地形测绘和显示系统
两台任务计算机和系统

RAH-66机鼻的光电设备转塔,上方是夜视导航系统传感器,下方是目标捕获与指示系统传感器

夜视导航系统

目标捕获系统(TAS)和夜视导航系统(NVPS)都安装在机头以提供最大视场,并避开旋翼的干扰,桅杆位置保留给未来的“长弓”系统。这两个 系统都包含一套前视红外系统(FLIR)和一套微光电视(LLLTV)。夜视导航系统提供导航和侦察能力,让“科曼奇”能在夜晚和恶劣天气中进行贴地和地 形回避飞行,与以前的系统相比能显示更清晰的地平线。

FLIR在当时属于第二代,与上一代相比可探测的温差更小(具体温度数值仍在保密中)。FLIR还具有图像增强功能,视场30˚x60˚,显示 在飞行员头盔显示器(HMD)时是35˚x60˚,比当时AH-64“阿帕奇”的增加了31%,可视距离也比“阿帕奇”增加了40%。

“科曼奇”的夜视导航系统和目标捕获与指示系统的探测距离都比“阿帕奇”提高了40%,悬停搜索时间平均少于6秒,而阿帕奇是120秒

目标捕获与指示系统

目标捕获系统有着和导航系统同样先进的功能,如第二代FLIR,探测距离增加了40%,同样能与头盔显示器交联,具备在恶劣天气条件和战场迷盲 条件下工作的能力。该系统具有辅助目标探测和分类(ATD/C)功能,能把获取的目标图像与数据库进行比较。该系统还具备运动中搜索、探测运动目标、自动 多目标优先级分类、跟踪、武器选择和火控功能。系统的悬停搜索时间平均少于6秒,直升机隐蔽后还能回放视频。当系统识别出匹配目标后,就向飞行员显示相关 信息并激活武器指示/测距功能。与当时现有系统比,目标捕获系统的捕获时间降低了95%,目标定位精度提高了3倍。误报率预计比陆军要求的降低5倍。

目标捕获与指示系统能自动识别和分类目标

头盔显示器

头盔显示器具有独立双眼宽视场图像增强显示器,可叠加符号进行平视和目视舱外操作。显示的视频可来自夜视导航系统或目标捕获与指示系统,也可以来自头盔上的图像增强传感器。飞行图表和字母数字等符号就叠加在视频上。

HIDSS头盔显示器

综合通信、导航和识别航电套件

综合通信/导航/识别系统包括了带多普勒和惯性输入备份的全球定位(GPS)设备。导航系统完全耦合入飞控系统,可以沿选中航点自动飞行。数字 地图提供导航和战术地图,增强了态势感知,并能更容易、更彻底地进行任务规划。系统可以实时更新最佳路线。目标数据可以从飞机传送到战术行动中心。系统被 设计为具有高度容错、高可靠性和高生存能力,能直接满足未来升级需求。

任务电子

任务电子使用高度冗余高容错架构,包括33位处理器、800-Mbps传感器总线,50-Mbps数据总线和双1553数据总线。预计能自动检 测95%的故障,并把98%的故障自动隔离到外场可更换单元(LRU)。设备架安装在后机身齐腰高度,很容易维护。设备舱分布在机身两侧以改善生存能力。 设备架是密封增压的,并以过滤空气进行冷却,防潮防核生化。任务电子整体设计具有30%的备用处理器能力和50%的总线吞吐量储备,还有14个空插槽可用 于扩展新模块和功能,如规划中的“长弓”系统。模块化电子设备安装在尾梁以便于维护和扩充。

航电舱

任务电子还包括了座舱训练的嵌入式程序。

20毫米加特林机炮

“科曼奇”座舱下方安装一门20毫米加特林机炮,可左右旋转240º射击横穿目标,高低射界是15°~-46º,可以向后旋转180度隐藏炮管 维持低可观测外形。供弹路径经过精心设计以避免卡壳和便于装弹。机炮有两种射速可供选择:每分钟750发或1500发,可以在飞行中完成校靶。

机炮高低射界

不用时炮管可以隐藏起来

可维护性

由于美国陆军现有直升机较高的使用和支持成本,以及较低的可出动率,军方对改善直升机的可维护性非常有兴趣,并写入了LH具体要求。波音-西科 斯基团队作出了回应,让维护工程师和设计工程师在直升机初始设计和整个演示/验证项目阶段都通力合作。团队在初始设计时做出的许多决定都是出于可维护性考 虑的结果,即使对直升机其他方面造成不良影响也在所不惜,如增加重量。不错技术进步也允许设计师采用能提升可维护性的更简单设计。

大面积的维护口盖和舱门

维护位置都是触手可及

陆军把“科曼奇”的三级维护体制减少到两级,维护人员的技能水平(军事专业等级)从AH-64的15降低到4。该机在前进直升机加油点的加油装 弹时间缩短到12.5分钟。全亏单点压力(或重力)加油口、20毫米弹药弹链电动装弹、以及腰部高度的导弹发射轨。直升机无需单独的测试设备,在设计时已 经集成了数字诊断功能,包括自动机炮校准。电子设备在各级都是多重冗余的(传感器、总线、处理器、模块和显示器)。维护只需要12件独特的用户端工具,机 身和旋翼使用的损伤容限复合材料让前线战伤抢修工作最小化,可使用冷固化粘合剂修复复合材料。“科曼奇”的集成训练系统(ITS)使用光纤集成到头盔显示 器上。为了帮助部队熟悉雷达吸波材料的维护,还提出了外场援助和技术支持小组(FAST)概念。波音-西科斯基还制造了一架全尺寸飞机模型来展示人力资源 和人事管理(MANpower and PeRsonnel INTegration)。

RAH-66全尺寸模型

其结果是相对于现有机队,“科曼奇”维护负担减少了40%。

RAH-66每飞行小时需要的维护小时

RAH-66 EMD构型三面图

尺寸和性能

以下是LH在1990年8月提交方案时的数据:

进入全面研发

项目在启动时获得了三方的强力支持,1991年演示/验证全面发展阶段的资金落实到位。但几年后,LHX项目的年度拨款被多次削减,每一次都会 导致时间表的拉长和整个项目的重新规划。在2000年LHX全面研发项目获批前,这样的事情发生了三次。在项目重新规划时,军方还不断加入额外要求、重新 定义任务装备系统以整合进更先进的技术,这些都增加了“科曼奇”的重量和成本。

接下来,“科曼奇”进入了工程与制造发展阶段(EMD)。下面是西科斯基公司内部杂志《走进西科斯基》2000年4月号的一篇文章节选:

“……4月4日,美国陆军发布了其期待已久的2000年航空部队现代化计划,要求按计划从2006年开始装备‘科曼奇’……该计划要求全面采购1213架RAH-66,整个生产周期的总耗资约340亿美元。该计划确定‘科曼奇’是陆军航空现代化努力的关键。”

文章指出:“侦察和警戒能力是陆军航空兵的最大单一缺陷,陆军仍完全致力于‘科曼奇项目’,该机的改型也可被考虑作为“长弓阿帕奇”攻击直升机的后继机。”

“在简报现代化计划时,陆军官员重申了支持‘科曼奇’的决心……陆军需求处处长克雷格D.哈克特准将说:‘该计划大大不同于以往,因为贴合了陆军视角的航空战略,把‘科曼奇’作为陆军航空兵现代化的核心。’”

2000年6月1日项目的EMD合同正式签订,总价值31亿美元,制造用于EMD测试的5架“科曼奇”直升机,以及用于陆军作战测试和评估的8 架“科曼奇”。测试内容包括全集成的数字化任务设备包、先进的座舱管理系统、导航、通信和目标捕获能力的资格认证。计划于2005财年开始低速初始生产 RAH-66,之后生产速率逐步爬升,到2010财年的第6批达到全速生产的72架年产量。预计2006年陆军的第一支“科曼奇”单位将装备完毕,全部直 升机将在2023年交付完毕。

这是过去20年以来,美国陆军第一个达到EMD阶段的飞机项目。

两架原型机并肩飞行

随着EMD的启动,1号原型机继续试飞并在2001年完成了飞行测试,共飞行311架次,累计377.5小时。该机还测试了功率更大的 LHTEC T800-LHT-801发动机,输出功率提高了17%,达到1563轴马力。之后1号原型机停飞,仅作为2号原型机的备份。当时2号原型机已经飞了 103.5小时,仍在继续试飞中,集中测试任务设备包。

降落中的2号原型机

2002年春,洛克希德•马丁公司的夜视导航系统交付并集成到直升机上。该系统包括头盔显示器、商用处理器和座舱多功能显示器。稍后目标捕获系统和其他任务设备包组件也陆续装上。

2002年5月23日,2号原型机进行了安装新任务设备包软件和大功率发动机后的首次飞行。新软件提供直升机操作系统的基础,并将支持导航、直升机系统与健康报告、数字地图等功能。

但在EMD项目的第二年就出现了问题,合同也许不能按计划完成。经无数次分析后,陆军和波音-西科斯基公司都得出结论:按照项目的现有成本和进 度指标,根本无法按计划完成项目,需要重新规划。而这是5个重新规划行为中唯一一个不是因为政府减少或伸展资金曲线削减行为而制定的。

根据2002年春季发行的《Vertiflite》杂志称,经重新规划后,第一架EMD直升机将在2004年首飞,5架EMD直升机的配置都不 同,着重发展不同子系统。第一架低速初始生产机从飞行器角度看接近生产型,安装了全套武装侦察任务所需设备。任务设备包的扩展随批次升级逐步进行,可以根 据陆军需求的增加而不断纳入新技术。初始作战试验和评估(IOT&E)计划在2007年进行,陆军列装的12架“科曼奇”将在2008年获得初始作战能力 (IOC)。该机的生产数量从1213架削减到650架,峰值生产速率为每年60架,生产将持续到2019年。

重新规划的EMD项目增加了34亿美元的资金,并把直升机的列装推迟到2009年。增加的额外资金来自“科曼奇”项目资金,导致陆军少购买126架直升机。

2002年11月14日,增加34亿美元的拨款合同得到签署。

“科曼奇”的长期发展计划导致了一些问题。2003年8月25日出版的《航空周刊》提到处理器升级的问题:“……尽量跟上商用电脑领域取得的进展。”预计这将要重写很多软件代码,需要增加其他额外费用。

众多的重新规划和需求扩展导致直升机空重从3400千克增加到4200千克。主要任务总重从4576千克增加到5600千克。这需要换装功率更 大的T-800发动机,旋翼直径也要从11.89米增加到12.19米。“科曼奇”从AH-1“眼镜蛇”这样的轻型机变得更接近AH-64“阿帕奇”。

相关项目

影子

为了开发和演示LHX的先进飞行控制概念,西科斯基公司改装了一架S-76直升机,在机鼻安装了一个飞行员单人座舱,并命名该机为“影子”。这 架直升机有一个四轴侧置操纵杆,用于俯仰、滚转、偏航和总距控制,取代了周期和总距操纵杆和踏板。系统是全线传操纵的,后面座舱里的安全飞行员全程监控试 飞,在必要时可以接管操纵。

S-76“影子”

影子”的机头驾驶舱

“影子”被用于开发掠地飞行控制律,以减少飞行员的工作负荷,并用于测试和评估夜视导航系统。该机共进行了60小时的研发试飞。

人们发现了一个有趣的现象,有经验的老飞行员很不适应这种全新的操纵概念。所以他们只能用不会驾驶直升机的人来测试新系统,结果他们很容易就适应了该系统。于是西科斯基得出结论,美国陆军新一代玩电子游戏长大的飞行员能更好地适应LHX。

S-76“扇尾鸽”

波音-西科斯基团队决定采用涵道风扇系统,尽管西科斯基公司几年在S-67验证直升机上有涵道风扇的设计经验,但为了降低LHX原型机的研制风 险,还是有必要进行实际验证,以获得一些LHX涵道风扇的具体性能、声学和操纵品质数据,并获得更多的制造和集成经验。选择的测试机是一架S-76B。

S-76“扇尾鸽”

从做出决定到第一次演示飞行只相隔了18个月。试飞只用了六星期,其中还包括完整机动包线试飞,从+2.5g拉起到-0.5g推杆,以及向两侧横滚。同时该机的噪音比标准S-76低了15分贝。

《航空周刊》试飞了该机并在1990年8月27日发布试飞报告。他们说在启动时的低噪音是显而易见的,而且没有传统尾桨的中频振动。飞行中的最 大转向角速度达到了100º/秒。他们还做了许多限时偏航机动来看看是否满足陆军的规定要求,结果直升机都在要求的时间内完成了机动。向右侧飞最大速度 130公里/时,向左侧飞最大时速120公里。他们评论由于风扇的位置比常规尾桨低,导致该机缺乏滚转-偏航耦合。

这里引用一下飞行员的原文:“该机最令人印象深刻的能力是在时速148公里以内的无限制偏航指向能力。我驾机下降到距跑道6米的高度,全踩左踏板并调整周期控制,保持飞行轨迹,我能把机头指向任何方向。

“完成跑道上放的机动后,我们爬到460米准备评估无地效偏航指向特性。LH的机动性要求中有一条是维持速度和高度不变,机头在6秒内转90º 指向目标。这个机动用于直升机发现侧面90º的威胁后,机头能快速指向目标进入射击位置。传统机动是做一个陡坡转弯对准目标,耗时3.32秒。现在由于有 了风扇的无限制偏航能力,我们仅踩反扭矩踏板就能在2.28秒内完成指向。1秒中的优势将能在直升机空战中占据先机。”

文章最后总结到:

“风扇在几个方面的能力远超传统尾桨,该系统能做出许多在现有战斗飞行理论中还不存在的机动。”

“科曼奇”之死

“科曼奇”项目出现了一丝坏兆头,2002年4月15日纽约时报报道:“今天国防部长拉姆斯菲尔德与三军部长们开了会,他们要削减重要武器项目以资助 新的‘转型技术’,如空间监视系统和无人驾驶武器。官员们表示从2004预算年度开始可能会砍掉一大批项目,包括空军的下一代战术飞机和陆军的两个项目: ‘科曼奇’直升机和‘十字军’火炮系统。”

2004年2月23日,美国国防部宣布了一条震惊陆军“科曼奇”团队和波音-西科斯基公司消息,“科曼奇”项目将被终止,他们在此前刚刚取消了 陆军的“十字军”机动火炮系统。陆军网站表示,基于在阿富汗和伊拉克的作战经验,以及为了让陆军更好地适应平叛作战和非常规战争,他们做出了上述决定。

2004年2月26日,RAH-66进行了最后一次飞行

在2004年2月23日陆军新闻发布会上,陆军参谋副主任理查德•A•科迪中将在闭幕致辞中说:“……我想我这里唯一飞过‘科曼奇’的将官。我 要对在座的各位,以及波音-西科斯基团队的朋友们说,他们制造了一架伟大的直升机。这是我国生产过的最灵活、最敏捷的直升机,制造者们理应感到非常非常自 豪。‘科曼奇’优秀的飞行特性和跨越式发展的技术,会帮助我们向前迈进。”

1985年美国陆军启动LHX项目,其研发过程最终耗时超过18年。该项目受到了陆军众多削减经费和增加要求的拖延。经过5次项目重组后,低速初始生产时间从1996年拖延到2007年。

尽管面临上述挑战,该项目的研制和试飞在总体上是成功的,没有发生重大飞行试验事故,直升机达到并超过了所有既定指标。最大飞行速度超过370公里/时,并且表现出惊人的侧向和向后飞行能力。这架直升机非常敏捷,但很容易操纵,这得益于先进的、可调的线传飞控系统。

关于项目取消有很多种说法,主流说法是预算问题。伊拉克和阿富汗战争的扩大化降低了陆军的项目发展能力。“科曼奇”的隐身能力虽然还是有价值 的,但在2002年似乎没那么重要了。AH-64“阿帕奇”经过升级后具有了很多“科曼奇”的任务功能。最后一次项目重组把初始作战能力形成日期从 2008年全面延后至2009年也没有产生帮助。

“科曼奇”是美国陆军在过去30年中的唯一新直升机项目,“发现敌人而不被发现”的意味着该机将改变战场的游戏规则。可惜,它被取消了。


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